Ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი

ფერმენტები (ფერმენტები) არის ცილის ბუნების მაღალი მოლეკულური ორგანული ნაერთები, რომლებიც ასრულებენ ორგანიზმში ბიოლოგიური კატალიზატორების როლს.

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი

ფერმენტების კატალიზური მოქმედების გამომუშავების მექანიზმების ლიკვიდაცია წარმოადგენს ერთ ძირითად ამოცანებს და გადაუდებელ პრობლემებს არამარტო ფერმენტული, არამედ თანამედროვე მოლეკულური ბიოქიმიისა და ბიოლოგიის.

სუფთა ენზიმების მიღებამდე დიდი ხნით ადრე და მათი ხასიათის იყო განმარტებული, რწმენა ჩამოყალიბდა, რომ ფერმენტის კავშირი სუბსტრატთან არის გადამწყვეტი გადამუშავების პროცესში. ფერმენტების კომპლექსური ნაერთების გამოვლენის მცდელობები დიდხანს საკმარისი არ აღმოჩნდა, რადგან ასეთი კომპლექსი ლაბირინთია, ძალიან სწრაფად იშლება. სპექტროსკოპიის მეთოდის გამოყენებით შესაძლებელი გახდა კატალიზის, პეროქსიდის, ალკოჰოლური დეჰიდრაგენის, ფლავინის დამოკიდებული ფერმენტების ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის განსაზღვრა.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდით შესაძლებელი გახდა ფერმენტების მოქმედების სტრუქტურისა და კატალიზური მექანიზმების შესახებ ბევრი მნიშვნელოვანი მონაცემების მიღება. ამ მეთოდის გამოყენებამ გამოიყენა სუბსტრატის ანალოგიების კავშირი ლიზოსემი და ქიმოთტრიფსინი.

ზოგიერთი პირდაპირი მტკიცებულება ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსების არსებობისთვის იქნა მიღებული იმ შემთხვევებში, როდესაც კატალიტიკური ციკლის ერთ ეტაპზე ფერმენტი ვალდებულია სუბსტრატის ქვეშ მოთავსდეს კოვალენტური ობლიგაციით. მაგალითად არის ჰიდროლიზი რეაქცია n-nitrophenyl აცეტატი catalyzed მიერ chymotrypsin. როდესაც ამ ფერმენტთან ფერმენტული შემადგენლობა შედის, ქიმოტრეფსინი აცეტილია რეაქტიული სნეის ნარჩენების ჰიდროქსილის ჯგუფში. ამ ეტაპზე სწრაფად ვითარდება აცეტილქიმმოტროპინის ჰიდროლიზი, აცეტატისა და თავისუფალი ქიმოთტრიფსინის ფორმირება ბევრად უფრო ნელია. აქედან გამომდინარე, N- ნიტროფენილის აცეტატის თანდასწრებით, აცეტილქიმმოტრიფსინი დაგროვილია, რაც ადვილად გამოვლენის საშუალებას იძლევა.

ფერმენტში სუბსტრატის არსებობა შეიძლება "ტყვედ" იქნეს არასტაბილური EC კომპლექსის გადატანა არააქტიური ფორმით, მაგალითად ფერმენტის-სუბსტრატის კომპლექსით ნატრიუმის ბორჰიდრიდთან ერთად, რომელსაც აქვს ძლიერი შემცირება. მსგავსი კომპლექსი სტაბილური კოვალენტური წარმოშობის სახით გამოიყო ფერმენტ ალდოლაზაში. აღმოჩნდა, რომ ლიზინის ელ-ამინური ჯგუფი ურთიერთქმედებს სუბსტრატის მოლეკულთან.

სუბსტრატი ურთიერთქმედებს ფერმენტთან კონკრეტულ ნაწილში, რომელსაც ეწოდება აქტიური ცენტრი ან ფერმენტის აქტიური ზონა.

აქტიური ცენტრის ან აქტიურ ზონაში ნიშნავს იმას, რომ ფერმენტის პროტეინის მოლეკულის ნაწილი, რომელიც აკავშირებს სუბსტრატს (და კოფაქტორებს) და განსაზღვრავს მოლეკულის ფერმენტულ თვისებებს. აქტიური ცენტრი განსაზღვრავს ფერმენტის სპეციფიკასა და კატალიზმურ აქტივობას და უნდა იყოს გარკვეული სირთულის სტრუქტურა, რომელიც გამოიყენება მჭიდრო მიდგომისთვის და ურთიერთქმედება სუბსტრატის მოლეკულათან ან მისი ნაწილების უშუალო ჩართულობით.

ფუნქციურ ჯგუფებში ფუნქციონირებს ფერმენტების "კატალიზმური აქტიური" ნაწილი, რომელიც გამოირჩევა და ქმნის სპეციფიკურ affinity (სუბსტრატის სავალდებულო ფერმენტის სავალდებულო) - ე.წ. კონტაქტის ან "წამწამების" (ან ფერმენტის აქტიური ცენტრის ადსორბციული საიტი).

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი განმარტავს მაიკლისი-მენთენის თეორიას. ამ თეორიის თანახმად, პროცესი ოთხ ეტაპად ხდება.

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი: ეტაპი I

სუბსტრატის (C) და ფერმენტის (E) შორის კავშირი იქმნება - წარმოიქმნება EC- ის ფერმენტის-სუბსტრატის კომპლექსი, რომელშიც კომპონენტები დაკავშირებულია კოვალენტურ, იონურ, წყალხსნარსა და სხვა ობლიგაციებთან.

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი: ეტაპი I

ატმოსფეროს დაქვემდებარებული ფერმენტის აქტივობის ქვეშ არსებული სუბსტრატი გააქტიურებულია და ხელმისაწვდომი გახდება ევროკავშირის შესაბამისი კატალიზის რეაქციისთვის.

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი: III ეტაპი

ხორციელდება ევროკავშირის კატალიზება. ეს თეორია დასტურდება ექსპერიმენტული კვლევების მიერ.

საბოლოო ჯამში, IV ეტაპი ხასიათდება ფერმენტის E და მოქმედებაზე რეაქციის მოლეკულის გამოყოფით P. ტრანსფორმაციის თანმიმდევრობა შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად: E + C - EC - EC * - E + P.

ფერმენტების მოქმედების სპეციფიკი

თითოეული ფერმენტი მოქმედებს სპეციფიკურ სუბსტრატს ან ნივთიერებათა ჯგუფს, რომლებიც მსგავსია სტრუქტურაში. ფერმენტების მოქმედების სპეციფიკა ახსნილია აქტიური ცენტრისა და სუბსტრატის კონფიგურაციის მსგავსებით. ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი.